Orientador: João Frederico da Costa Azevedo Meyer / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Matematica, Estatistica e Computação Cientifica / Made available in DSpace on 2018-08-03T17:49:01Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Sossae_RenataCristina_D.pdf: 5671132 bytes, checksum: c1fbce72748e12dca49f6a43fde66d33 (MD5) Previous issue date: 2003 / Doutorado / Doutor em Matemática Aplicada

A presente dissertação tem como objetivo analisar o comportamento da solução numérica da equação de difusão anômala com distribuição de fluxo bimodal, no regime estacionário, através de dois métodos numéricos. Foram desenvolvidos modelos utilizando o Método de Elementos Finitos e o Método de Volumes Finitos para a solução numérica desta equação. No modelo do Método de Elementos Finitos utilizou-se polinômios cúbicos de Hermite como funções de interpolação. No modelo de Volumes Finitos foi utilizada uma discretização de ordem superior para a avaliação das derivadas da equação em estudo. Em ambos os métodos, os modelos desenvolvidos consideram a utilização de diferentes tipos de condições de contorno para a solução do problema. Foram analisadas as influências de parâmetros da equação, das condições de contorno e do refinamento da malha na solução numérica. Os resultados apresentam a análise de erros da solução numérica através da comparação desta com a solução analítica.

Fundação Carlos Chagas Filho de Amparo a Pesquisa do Estado do Rio de Janeiro / Neste trabalho é apresentado a aplicação de um método de otimização a fim de estimar parâmetros que normalmente estão presentes na modelagem matemática da dinâmica de espécies químicas na interface água-sedimento. O Problema Direto aqui consistiu na simulação das concentrações das espécies orgânicas e inorgânicas (amônia e nitrato) de nitrogênio, num ambiente idealizado, o qual foi fracionado em quatro camadas: uma camada de água (1 metro) e três camadas de sedimento (0-1 cm, 1-2 cm e 2-10 cm). O Problema Direto foi resolvido pelo Método de Runge Kutta, tendo sido gerada uma simulação de 50 dias. Na estimativa dos coeficientes de difusão e porosidade foi aplicado o Método Simulated Annealing (SA). A eficiência da estratégia aqui adotada foi avaliada através do confronto entre dados experimentais sintéticos e as concentrações calçadas pela solução do Problema Direto, adotando-se os parâmetros estimados pela SA. O melhor ajuste entre dados experimentais e valores calculados se deu quando o parâmetro estimado foi a porosidade. Com relação à minimização da função objetivo, a estimativa desse parâmetro também foi a que exigiu menor esforço computacional. Após a introdução de um ruído randômico às concentrações das espécies nitrogenadas, a técnica SA não foi capaz de obter uma estimativa satisfatória para o coeficiente de difusão, com exceção da camada 0-1 cm sedimentar. Para outras camadas, erros da ordem de 10 % foram encontrados (para amônia na coluna dágua, pro exemplo). Os resultados mostraram que a metodologia aqui adotada pode ser bastante promissora enquanto ferramenta de gestão de corpos dágua, especialmente daqueles submetidos a um regime de baixa energia, como lagos e lagoas costeiras. / This work presents the application of an optimization method to estimate parameters that are usually present in the mathematical modeling of chemical species dynamics in the water-sediment interface . Here, the Direct Problem was the simulation of organic and inorganic (ammonium and nitrate) nitrogen species concentrations in an idealized environment, which was fractionated into four layers: a layer of water (1 meter depth) and three layers of sediment (0-1 cm 1-2 cm and 2-10 cm). The Direct Problem was solved by the Runge Kutta method, yielding a 50 days simulation. Thus, the Simulated Annealing (SA) Method was applied to estimate diffusion coefficients and porosity. The strategy efficiency was evaluated by comparing synthetic experimental data with those yielded by the direct problem solution, adopting the parameters estimated by SA Method. The best fitting between experimental and calculated concentrations was achieved when the porosity was the estimated parameter. Regarding the Objective Function minimization, the estimative of this parameter also required lower computational effort. After introducing a random noise to the concentrations of nitrogenous species, SA technique was unable to obtain a satisfactory estimate for the diffusion coefficient, with the exception of sediment layer 0-1 cm. For the other layers, concentrations errors as high as 10% were found (for the ammonia concentration in the water layer, for example). The results showed that the methodology adopted here can be a quite promising tool in the water bodies management, especially in those submitted to low energy, as lakes and coastal lagoons.

A presente dissertação tem como objetivo analisar o comportamento da solução numérica da equação de difusão anômala com distribuição de fluxo bimodal, no regime estacionário, através de dois métodos numéricos. Foram desenvolvidos modelos utilizando o Método de Elementos Finitos e o Método de Volumes Finitos para a solução numérica desta equação. No modelo do Método de Elementos Finitos utilizou-se polinômios cúbicos de Hermite como funções de interpolação. No modelo de Volumes Finitos foi utilizada uma discretização de ordem superior para a avaliação das derivadas da equação em estudo. Em ambos os métodos, os modelos desenvolvidos consideram a utilização de diferentes tipos de condições de contorno para a solução do problema. Foram analisadas as influências de parâmetros da equação, das condições de contorno e do refinamento da malha na solução numérica. Os resultados apresentam a análise de erros da solução numérica através da comparação desta com a solução analítica.

Fundação Carlos Chagas Filho de Amparo a Pesquisa do Estado do Rio de Janeiro / Neste trabalho é apresentado a aplicação de um método de otimização a fim de estimar parâmetros que normalmente estão presentes na modelagem matemática da dinâmica de espécies químicas na interface água-sedimento. O Problema Direto aqui consistiu na simulação das concentrações das espécies orgânicas e inorgânicas (amônia e nitrato) de nitrogênio, num ambiente idealizado, o qual foi fracionado em quatro camadas: uma camada de água (1 metro) e três camadas de sedimento (0-1 cm, 1-2 cm e 2-10 cm). O Problema Direto foi resolvido pelo Método de Runge Kutta, tendo sido gerada uma simulação de 50 dias. Na estimativa dos coeficientes de difusão e porosidade foi aplicado o Método Simulated Annealing (SA). A eficiência da estratégia aqui adotada foi avaliada através do confronto entre dados experimentais sintéticos e as concentrações calçadas pela solução do Problema Direto, adotando-se os parâmetros estimados pela SA. O melhor ajuste entre dados experimentais e valores calculados se deu quando o parâmetro estimado foi a porosidade. Com relação à minimização da função objetivo, a estimativa desse parâmetro também foi a que exigiu menor esforço computacional. Após a introdução de um ruído randômico às concentrações das espécies nitrogenadas, a técnica SA não foi capaz de obter uma estimativa satisfatória para o coeficiente de difusão, com exceção da camada 0-1 cm sedimentar. Para outras camadas, erros da ordem de 10 % foram encontrados (para amônia na coluna dágua, pro exemplo). Os resultados mostraram que a metodologia aqui adotada pode ser bastante promissora enquanto ferramenta de gestão de corpos dágua, especialmente daqueles submetidos a um regime de baixa energia, como lagos e lagoas costeiras. / This work presents the application of an optimization method to estimate parameters that are usually present in the mathematical modeling of chemical species dynamics in the water-sediment interface . Here, the Direct Problem was the simulation of organic and inorganic (ammonium and nitrate) nitrogen species concentrations in an idealized environment, which was fractionated into four layers: a layer of water (1 meter depth) and three layers of sediment (0-1 cm 1-2 cm and 2-10 cm). The Direct Problem was solved by the Runge Kutta method, yielding a 50 days simulation. Thus, the Simulated Annealing (SA) Method was applied to estimate diffusion coefficients and porosity. The strategy efficiency was evaluated by comparing synthetic experimental data with those yielded by the direct problem solution, adopting the parameters estimated by SA Method. The best fitting between experimental and calculated concentrations was achieved when the porosity was the estimated parameter. Regarding the Objective Function minimization, the estimative of this parameter also required lower computational effort. After introducing a random noise to the concentrations of nitrogenous species, SA technique was unable to obtain a satisfactory estimate for the diffusion coefficient, with the exception of sediment layer 0-1 cm. For the other layers, concentrations errors as high as 10% were found (for the ammonia concentration in the water layer, for example). The results showed that the methodology adopted here can be a quite promising tool in the water bodies management, especially in those submitted to low energy, as lakes and coastal lagoons.

Orientador: Adalberto Bono Maurizio Sacchi Bassi / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Química / Made available in DSpace on 2018-08-25T02:48:09Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Reis_MartinaCosta_D.pdf: 1200753 bytes, checksum: 9318dbbd02e3d4660c4a6806e68dad7d (MD5) Previous issue date: 2014 / Resumo: Este trabalho descreve a termodinâmica de sistemas eletroquímicos. Explorando os princípios da teoria constitutiva, algumas hipóteses ad hoc e, em especial, o princípio de entropia Müller-Liu, modelos termo-eletroquímicos são propostos para soluções eletrolíticas e para as regiões de bulk e dupla camada de um sistema eletroquímico. A influência das interações íon-íon e íon-solvente sobre a dinâmica da mistura é considerada através da termodinâmica de contínuos polares e as equações de balanço são apropriadamente postuladas. Além disso, equações fenomenológicas são apresentadas para uma solução eletrolítica diluída e isotrópica e as condições para o equilíbrio termodinâmico local do bulk e da dupla camada são investigadas. Comparando-se as desigualdades residuais de entropia obtidas para cada região, foi demonstrado que alguns processos, tais como os fenômenos de difusão térmica, termoeletricidade e eletroforese, desenvolvem-se somente na dupla camada. Consequentemente, o estado de equilíbrio termodinâmico local na dupla camada requer condições termodinâmicas mais severas do que no bulk. Apesar das equações constitutivas serem as mais simples possíveis, os modelos constitutivos propostos para as regiões de dupla camada e bulk são fisicamente consistentes e mais abrangentes do que os modelos eletroquímicos usuais, visto que as equações e relações termodinâmicas obtidas não se limitam às condições limites e nem de equilíbrio. Portanto, a descrição termodinâmica mostrada neste trabalho pode estimular químicos e engenheiros químicos a usar a abordagem contínua no estudo da mobilidade iônica em meios bio e geológicos, fluxos de íons e de outras espécies químicas através de membranas e processos cujas transferências de calor e massa são intensificadas por campos eletromagnéticos / Abstract: This work concerns the thermodynamics of electrochemical systems. Exploiting the principles of constitutive theory, few expedient assumptions, and, in special, the Müller-Liu entropy principle, a thermo-electrochemical continuum model is proposed for electrolyte solutions as well as for the bulk and double layer regions of an electrochemical system. The influence of ion-ion and ion-solvent interactions on the mixture dynamics is taken into account through the thermodynamics of polar materials and balance laws for an electrochemical system are accordingly stated. In addition, phenomenological equations are schemed for a dilute and isotropic electrolyte solution, and the conditions for local thermodynamic equilibrium of bulk and double layer regions are investigated. Comparing the residual entropy inequalities obtained for each region of an electrochemical system, it is shown that some mechanisms develop only in the double layer, such as the thermal diffusion, thermoelectricity and electrophoresis phenomena. As a consequence, the local thermodynamic equilibrium state in the double layer requires stricter conditions than in the bulk. Although the constitutive equations are the simplest possible, the constitutive models proposed for the double layer and bulk regions are physically consistent and more comprehensive than the usual models since the emerging equations do not constrain themselves to equilibrium neither limiting conditions. Therefore, the thermodynamic description provided in this work may stimulate chemists and chemical engineers to take advantage of it to study the flow of ions and other chemical species across cell membranes, ionic mobility in bio and geological media, and processes whose heat and mass transfers are enhanced by electromagnetic fields / Doutorado / Físico-Química / Doutora em Ciências

Orientadores: Ademar Ribeiro Romeiro, Carlos António Bana e Costa / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Economia / Made available in DSpace on 2018-08-25T23:37:06Z (GMT). No. of bitstreams: 1 PaivaSobrinho_Ranulfo_D.pdf: 6557662 bytes, checksum: 2f7eb436204a8ff75f5d84c0b6e5ab1a (MD5) Previous issue date: 2014 / Resumo: O trabalho tem dois objetivos teórico-metodológicos: 1) propor um protótipo de um sistema de moeda complementar (Sustento), mostrando que este pode ser um instrumento efetivo para solucionar problemas socioecológicos. 2) Integrar três metodologias, até então usadas separadamente, (a) processo MACBETH de apoio à decisão, (b) dinâmica de sistemas e (c) modelo baseado em agentes (ABM). Essa integração multimetodológica objetiva dar suporte aos tomadores de decisões, especificamente, realizar avaliação ex-ante de suas ações. O processo MACBETH, através da fase de estruturação, permitiu identificar os elementos que compõe o modelo de dinâmica de sistemas. Este último, associado com ABM permitiu que os decisores avaliassem, ex-ante, o impacto de ações propostas pela análise multicritério. Para mostrar a viabilidade da integração das metodologias, a adoção do Sustento pelos potenciais usuários foi avaliada antes de sua aplicação usando as referidas metodologias. O Sustento objetiva incentivar a revegetação de propriedades rurais e fortalecer economia local ao servir como meio de troca. A moeda complementar tem o potencial de aumentar as chances de implementação de soluções aos problemas sócio-ambientais ao reduzir a limitação das mesmas frente aos recursos financeiros tradicionais. Testou-se o impacto da opinião negativa de alguns proprietários quanto à implantação do Sustento sobre os demais agricultores familiares. Conclui-se que os objetivos propostos pela tese foram alcançados e que a integração das metodologias mostrou-se útil para apoiar os decisores e possui potencial de aplicação em casos reais / Abstract: The work has two theoretical and methodological objectives: 1) to propose a prototype of a system of complementary currency (Sustento), showing that this can be an effective tool to solve socio-ecological problems. Integrate three methods hitherto used separately, (a) MACBETH decision support process, (b) system dynamic and (c) agent based model (ABM). This multimethodology integration aims to support decision makers, specifically undertake ex-ante assessment of their actions. The MACBETH process by its structuring phase, identified the elements that compose the system dynamics model. The latter, associated with ABM allowed decision makers assess, ex-ante, the impact of proposed actions by multiple criteria analysis. To show the feasibility of integrating methodologies, the adoption of the Sustento by potential users was evaluated before its application using these methodologies. The objective of the Sustento was to encourage the revegetation of farms and strengthen the local economy by serving as a medium of exchange. The complementary currency has the potential to increase the chances of implementing solutions to social and environmental problems by reducing the restriction of the same front to traditional financial resources. We tested the impact of the negative view of some owners as to implementation of Sustento on other farmers. It is concluded that the objectives proposed by the thesis have been achieved and that the integration of methodologies was useful to support decision-makers and has potential application to real cases / Doutorado / Desenvolvimento Economico, Espaço e Meio Ambiente / Doutor em Desenvolvimento Economico

A compreensão dos fenômenos de adsorção e difusão em superfícies é fundamental no desenvolvimento de materiais de alto rendimento utilizados em uma série de processos de grande relevância industrial. A modelagem de materiais adsorventes porosos através de modelos de rede tem seu potencial uma vez que se pode estudar os fenômenos a nível microscópico incorporando uma série de parâmetros estatísticos importantes na compreensão dos mecanismos nessa escala. Neste trabalho de dissertação de mestrado, em um primeiro momento, foram utilizadas redes bidimensionais quadradas com abordagem de percolação de sítio-sítio para modelar superfícies sujeitas às condições de adsorção em tempo infinito, com o intuito de se estudar as isotermas de adsorção em processos batelada. Numa primeira parte foi observada uma relação estatística na determinação das isotermas de adsorção, em que a probabilidade de adsorção estava condicionada ao número de moléculas na fase líquida. Na segunda parte foram incorporados diferentes tipos e tamanhos de moléculas, sendo observados diferentes comportamentos das isotermas de adsorção de acordo com a variação dessas moléculas adsorvidas. Outro fenômeno de interesse foi o estudo do Limiar de Percolação utilizando diferentes tipos e tamanhos de moléculas, sendo observados comportamentos específicos para cada caso. Desta forma, pode-se obter parâmetros das isotermas relacionados com os tipos e tamanhos moleculares estudados, sendo observado uma forte dependência daqueles com o tamanho da molécula, uma vez que a seletividade à adsorção aumenta com o tamanho da molécula. Ainda nesta primeira parte foram calculados também a probabilidade de ocupação relacionada com a entropia, observando comportamentos na probabilidade de ocupação a cada etapa de tempo. Em um segundo momento, foi estudado a dinâmica de difusão, mediante random walk ou passeadores aleatórios, em redes quadradas e cúbicas, em que foram obtidas leis de potência para cada dimensão. Aspectos como dispersão axial e porosidade foram incorporadas nas simulações, sendo abservados comportamentos específicos para cada caso.

Fundação Carlos Chagas Filho de Amparo a Pesquisa do Estado do Rio de Janeiro / Um método numérico espectronodal (END) livre de erros de truncamento espacial é desenvolvido para problemas unidimensionais de difusão de nêutrons monoenergéticos em duas versões. Na versão de problemas de autovalor, o método gera soluções numéricas para o perfil do fluxo escalar e para o fator de multiplicação efetivo (k), que coincidem com a solução analítica dominante, afora os erros da aritmética finita computacional. Na versão de fonte fxa, o método também gera soluções numéricas analíticas para o problema de fonte fixa correspondente, onde a fonte de fissão, com dependência espacial, é obtida analiticamente, a partir da reconstrução espacial do fluxo escalar gerado pelo método END para problemas de autovalor. Alguns experimentos numéricos são apresentados para dois problemas modelos a fim de ilustrar a precisão do método.

A compreensão dos fenômenos de adsorção e difusão em superfícies é fundamental no desenvolvimento de materiais de alto rendimento utilizados em uma série de processos de grande relevância industrial. A modelagem de materiais adsorventes porosos através de modelos de rede tem seu potencial uma vez que se pode estudar os fenômenos a nível microscópico incorporando uma série de parâmetros estatísticos importantes na compreensão dos mecanismos nessa escala. Neste trabalho de dissertação de mestrado, em um primeiro momento, foram utilizadas redes bidimensionais quadradas com abordagem de percolação de sítio-sítio para modelar superfícies sujeitas às condições de adsorção em tempo infinito, com o intuito de se estudar as isotermas de adsorção em processos batelada. Numa primeira parte foi observada uma relação estatística na determinação das isotermas de adsorção, em que a probabilidade de adsorção estava condicionada ao número de moléculas na fase líquida. Na segunda parte foram incorporados diferentes tipos e tamanhos de moléculas, sendo observados diferentes comportamentos das isotermas de adsorção de acordo com a variação dessas moléculas adsorvidas. Outro fenômeno de interesse foi o estudo do Limiar de Percolação utilizando diferentes tipos e tamanhos de moléculas, sendo observados comportamentos específicos para cada caso. Desta forma, pode-se obter parâmetros das isotermas relacionados com os tipos e tamanhos moleculares estudados, sendo observado uma forte dependência daqueles com o tamanho da molécula, uma vez que a seletividade à adsorção aumenta com o tamanho da molécula. Ainda nesta primeira parte foram calculados também a probabilidade de ocupação relacionada com a entropia, observando comportamentos na probabilidade de ocupação a cada etapa de tempo. Em um segundo momento, foi estudado a dinâmica de difusão, mediante random walk ou passeadores aleatórios, em redes quadradas e cúbicas, em que foram obtidas leis de potência para cada dimensão. Aspectos como dispersão axial e porosidade foram incorporadas nas simulações, sendo abservados comportamentos específicos para cada caso.